ИСТОРИЯ

Первые исследования по газовым турбинам в России относятся к дореволюционному периоду. Они связаны с работами профессора В.М. Маковского и инженера Г.И. Зотикова. В своих исследованиях по созданию газотурбинной установки (ГТУ) наши соотечественники не пошли по пути "законодателей моды" - немецких специалистов, которые создавали ГТУ по термодинамическому циклу V=const. Маковский и Зотиков решили реализовать цикл P = const. Дальнейшее развитие этого направления продолжили в начале 20-х гг. ученые МВТУ при содействии профессора Н.Е. Жуковского и его ученика Н.Р. Бриллинга.

По инициативе и под руководством Бриллинга в 1925 г. в НАМИ из группы молодых преподавателей, в которую входили Б.Г. Либрович, С.Е. Лебедев, С.Б. Минут и В.В. Уваров, была организована лаборатория по изучению теоретических основ ГТУ и их конструктивных схем.

В 1928 г. лабораторию перевели в МВТУ, а в 1930 г. работы по ГТУ были переданы в Теплотехнический институт им. Ф.Э. Дзержинского, где создали лабораторию № 1. Непосредственное участие в ее организации принял начальник Главного управления авиационной промышленности проф. С.О. Макаревский. В 1934 г. коллектив энтузиастов создал опытную маломощную экспериментальную установку ГТУ-1 - прообраз будущих авиационных турбовинтовых двигателей (ТВД).

Установка состояла из одноступенчатого центробежного компрессора с воздушной турбиной, кольцевой камеры сгорания с вращающейся форсункой и одноступенчатой газовой турбины с охлаждаемыми проточной водой корпусами и сопловыми лопатками. Весьма оригинально была выполнена водоиспарительная система рабочих лопаток и составного диска, обе половины которого несли цельнофрезерованный обод с лопатками и стягивались центральным стяжным валиком. Внутри валика, точно по оси вращения, располагалась трубка подвода дистиллированной воды.

Результаты испытаний этой установки (общей продолжительностью 21 ч) подтвердили пригодность основных узлов к работе при частоте вращения 22 000 об/мин и при температуре газа в камере сгорания Ткс=1400:1600К. Мощность на выводном валу составила 15...20 л.с.

В 1936 г. коллективом лаборатории были разработаны чертежи экспериментального ТВД (ГТУ-3) для тяжелого самолета с расчетной мощностью на винте Nв=1500 л.с. при Ткс=1500К. В состав ГТУ-3 входил трехступенчатый компрессор с воздушной турбиной, приводящий в движение вал съема мощности и позволяющий использовать редукторы, подобные тем, которые предназначались для поршневых авиационных моторов. Воздух в камеру сгорания поступал по трубам, изменяя на конечном этапе направление движения на обратное.

Три экземпляра этого двигателя были построены на коломенском паровозостроительном заводе (директор завода В.М. Малышев) в 1938-1939 гг. В 1940 г. лаборатория № 1 ВТИ была переведена в ЦИАМ; туда же передали и третий экземпляр двигателя. В связи с началом Великой Отечественной войны работы над ГТУ замедлились, но уже в 1943 г. силами отдела № 8, занимавшегося газотурбинной тематикой, были разработаны чертежи двигателя Э-3080. Он имел мощность на винте Nв= 625 л.с. при расчетной скорости полета у земли до 650 км/ч.

Первый опытный экземпляр этого двигателя был изготовлен в ЦИАМе в сентябре 1945 г. От ГТУ-3 он сохранил перепускные трубы между компрессором и кольцевой камерой сгорания, однако поток воздуха на этом участке уже не поворачивался. Кроме того, в конструкцию был введен дополнительный корпус.

Второй экземпляр Э-3080, выпущенный в начале 1946 г., не имел ни перепускных труб, ни внешнего корпуса. Сразу же начались его горячие испытания на стенде отдела № 8. В июле 1946 г. на этом экземпляре двигатели удалось добиться частоты вращения на уровне 82 % от запланированных оборотов при температуре в камере сгорания Ткс=1600К.

За месяц до этого состоялось решение Правительства СССР о передаче работ по созданию опытных двигателей конструкции В.В. Уварова на завод МАП № 41, ранее производивший серийные поршневые авиационные двигатели М-11. Этим постановлением устанавливались очень жесткие сроки изготовления и доводки Э-3080. Уже к 1 мая 1947 г. завод должен был изготовить 5 экземпляров, а в третьем квартале этого же года обеспечить представление двигателя на заводские испытания. Под руководством В.В. Уварова, назначенного главным конструктором, в кратчайшие сроки формировались новые коллективы КБ, технологического бюро и экспериментально-исследовательского отдела. Перестройкой и модернизацией цехов руководил директор завода А.А. Завитаев. Обучение персонала всех уровней проводилось в сверхурочные часы.

По чертежам ЦИАМ был изготовлен первый заводской экземпляр двигателя, который тут же был направлен на холодные испытания. С мая 1947 г. на гидротормозном стенде началась доводка узлов, а горячие испытания были начаты лишь 8 февраля 1948 г. Параллельно на заводе была создана своя модификация двигателя Э-3080А с улучшенным профилированием проточной части и трехступенчатой турбиной. В новогоднюю ночь 1948 г. закончились официальные заводские испытания Э-3080А на новом стенде с трехлопастным винтом регулируемого шага конструкции С.Ш. Бас-Дубова. Однако до заявленных параметров Э-3080А удалось довести лишь 9 марта 1948 г., когда закончились испытания на гидротормозном стенде.

В августе 1948 г. была создана новая модификация Э-3080М, отличавшаяся увеличенным диаметром и наличием шарикоподшипника в опоре турбины. Но в этом же месяце министр авиационной промышленности приказал прекратить работы по Э-3080. К этому времени было изготовлено 15 двигателей, общая наработка которых составила 395 ч.

Кстати, еще 1946 г. отдел № 8 ЦИАМа приступил к проектированию более мощного авиационного двигателя Э-3081А. В металле двигатель был изготовлен заводом МАП № 41.

Конструктивные схемы Э-3081А и Э-3080М похожи; отличие заключалось лишь в том, что корпуса турбины и сопловые лопатки охлаждались воздухом, отбираемым за компрессором. Сопловые лопатки имели дефлекторную схему с выпуском воздуха через выходную кромку.

Решением правительства от 1946 г. срок изготовления первых трех экземпляров Э-3081А первоначально был установлен к 25 августа 1948 г. Впоследствии завод получил разрешение от МАП передвинуть сроки на ноябрь, а фактически первый экземпляр был изготовлен лишь в декабре 1948 г. Для горячих испытаний этого мощного двигателя профессором МАИ Евангуловым был разработан оригинальный гидротормоз. В ходе испытаний первого экземпляра двигателя, начавшихся 25 декабря 1948 г., были получены обнадеживающие результаты. Второй экземпляр Э-3081А был испытан в марте 1949 г., третий, четвертый и пятый экземпляры - в апреле-сентябре 1949 г.

Наработка пяти двигателей на гидротормозном стенде в ходе 55 испытаний достигла 85 ч 20 мин, а на горячих режимах - 64 ч 18 мин. При этом параметры двигателей составили: наибольшая частота вращения вала - 94,9 % от запланированной, расход воздуха в компрессоре высокого давления (КВД) - 12 кг/с, степень повышения давления в КВД - 6,971, температура в камере сгорания - 1469К, мощность на валу - 2381 л.с., тяга - 328 кг, а приведенный расход топлива - до 0,37кг/л.с. в час.

К огорчению конструкторов первых отечественных ТВД по приказу МАП № 773 от 10 октября 1949 г. работы по Э-3081А были прекращены. Однако опыт, полученный учеными и разработчиками в процессе создания уваровских двигателей, послужил прогрессу авиационного двигателестроения в нашей стране в 50-70-е годы.